Искусственное Солнце - Глеб Анфилов

Методы квантовой механики позволяют определить время, в течение которого «лазейка» будет отыскана обязательно. Но более точно сказать ничего нельзя, ибо «поиски» ведутся крайне бессистемно. Процесс подобен беспроигрышной лотерее, выпущенной на известный срок. За столько-то лет лотерейный билет выигрывает наверняка, но когда именно — неизвестно.

Мы приняли к сведению, что альфа-распад представляет собой разрыв неразрушимых оков с целью бегства.

Но нас должен больше интересовать другой эффект: преодоление непреодолимых преград с целью воссоединения. Ведь именно этой возможности мы добиваемся, стремясь снять нелепое запрещение Солнцу светить, наложенное классической физикой.

Что ж, теперь этот запрет рушится сам собой.

Въезжать-то на горы нашей кольцевой гряды можно с любой стороны — не только изнутри, но и снаружи!

Мы помним: разогнавшись при огромной температуре солнечных недр, мчащиеся навстречу ядра натыкаются на электрическую броню взаимного отталкивания и тормозятся ею. Казалось бы, сблизившиеся ядра не в силах пройти крохотный, но самый трудный остаток пути друг к другу. Словно два лыжника въезжают на гору с противоположных склонов и не могут доехать до вершины. Но ведь это микромир, обиталище спортсменов-волшебников! Не достигнув вершины, они способны без затрат энергии устремиться один к другому прямо через гору. Вот так же и ядра, разделенные непроходимой по толщине и прочности стеной электрического поля, могут просочиться сквозь нее, сблизиться вплотную и вступить в непосредственное взаимодействие.

Конечно, это происходит не всегда. Как и в случае альфа-распада, сблизившиеся частички сначала принимаются беспорядочно «тыкаться» в электростатический барьер. Сходятся вместе они лишь, если успеют найти «лазейку» очень быстро — до того, как их разгонит в разные стороны электрическое отталкивание. И здесь тоже разыгрывается своеобразная «лотерея». Но чем ближе оказываются ядра, тем вероятнее их соединение. Имеет значение и упомянутое нами явление резонанса.

Что ж, ценой немалых трудностей мы наконец добыли Солнцу право на жизнь.

Запрет с ядерных реакций в его недрах снят.

Свети, светило, в оба!

Теперь посмотрим, каким образом реализует Солнце полученное разрешение.

3. ЯДРА СЛИВАЮТСЯ

Английский астрофизик Литлтон заметил как-то: «Если кто-нибудь считает, что может найти относительные содержания элементов в звезде, исходя из состава ее атмосферы, то он с таким же успехом может полагать, что трубочист сделан из сажи».

Печальная шутка.

Выходит, что блестящие успехи спектрального анализа, разгадавшего химию солнечного одеяла, ничего не дают для познания состава солнечных недр?

В какой-то мере это соответствует действительности. Поверхность светила может представлять собой нечто вроде накипи на супе или пыли на портрете. Либо изнутри, либо извне на нее могут попадать излишки веществ, не характерных для солнечных глубин.

Впрочем, положение не так уж безнадежно, как кажется на первый взгляд.

В последнее время удалось доказать, что снаружи Солнце едва ли способно «запылиться». Вещество межзвездной среды гораздо чаще отбрасывается давлением солнечных лучей и очень редко падает на светило. Что же касается «накипи», то по ней опытный химик, посоветовавшись с опытным физиком, очевидно, сумеет определить и состав «супа».

Еще важнее другое соображение.

Солнце более или менее интенсивно перемешивается. Об этом свидетельствуют хотя бы протуберанцы — гигантские фонтаны на его поверхности.

Правда, наука до сих пор не разгадала полностью механизма такого перемешивания. Его не объяснишь простой конвекцией (перемещением вещества, подобным движению воды в нагревающемся чайнике). Как показывают расчеты, конвекция в солнечных недрах идет чересчур медленно. Мало вносит и явление диффузии (проникновение частичек одного вещества внутрь другого — например, распространение в воздухе аромата цветка). Однако сам факт перемешивания солнечного газа не вызывает сомнений, и разгадка причин этого явления — дело недалекого будущего.

Во всяком случае, если какие-то вещества в большом количестве находятся на поверхности светила, их, несомненно, должно быть немало и в его недрах.

Самый распространенный элемент солнечного одеяла, как указывает анализ фраунгоферовых линий, — водород.

И мы можем без всякой натяжки предположить, что тот же водород — обильнейшая составная часть глубинных слоев Солнца.

Недра светила наверняка насыщены водородом.

Водород — вот солнечное ядерное горючее, самый легкий из элементов, в противоположность самому тяжелому элементу — урану, освоением которого ознаменовалось начало атомного века на Земле.

При температуре в миллионы градусов водородные ядра, пользуясь «разрешением» квантовой механики, могут непосредственно взаимодействовать между собой и с ядрами других элементов.

Какие же из этих реакций сопровождаются выделением энергии?

Очевидно, те, что ведут к образованию более устойчивых ядер. Ведь мы знаем уже, почему освобождается атомная энергия: потому что ядра атомов перестраиваются в направлении к более устойчивым состояниям — состояниям с наименьшей потенциальной энергией, с наименьшей массой, приходящейся на один нуклон.

Солнечные ядерные процессы нетрудно отыскать, если взглянуть на кривую, изображенную на стр. 47.

Самые устойчивые ядра—с легчайшими нуклонами — разместились в нижней части кривой, в ее седловине. Спуск в седловину справа соответствует делению ядер тяжелых элементов, которое обсуждалось нами в главе «Пробужденные ядра». Именно на правой стороне кривой взрывается атомная бомба и работает атомная электростанция.

Но ведь спуститься в седловину можно не только справа, но и слева.

Какому же процессу соответствует спуск слева?

Очевидно, уже не делению, а, наоборот, слиянию, синтезу ядер. Двигаясь слева направо, мы переходим от менее сложных к более сложным ядрам.

В солнечных недрах мы отыскали обилие самых простых ядер — водородных. Они помещаются на нашей кривой левее всех других. Поэтому разумно предположить, что водородные ядра в глубинах светила соединяются с другими легкими ядрами, создавая при этом более устойчивые комбинации частиц и выделяя энергию.

Такая гипотеза была впервые выдвинута немецкими исследователями Р. Аткинсоном и Ф. Хаутерменсом в 1929 году — сразу же после того, как была открыта способность ядерных частиц, вопреки классической физике, пробивать «непробиваемое» и подходить вплотную друг к другу.

Аткинсон и Хаутерменс доказали, что, находясь в солнечных глубинах, водородные ядра — протоны — в состоянии проникать в ядра легких элементов — от лития до азота — и что освобождаемая таким путем энергия примерно соответствует лучистому потоку, выходящему с поверхности светила. Казалось бы, успех крупнейший.

И все-таки эта первая гипотеза не получила широкого признания. Авторы ее не могли сказать, какая именно из изученных ими реакций происходит в глубинах Солнца. Не было уверенности в том, что, кроме протонов, в недрах светила существует достаточное количество других легких ядер. Короче говоря, гипотеза выглядела смелой фантазией, ловкой спекуляцией на недавно полученных фактах — и только. Для построения более обоснованных взглядов потребовались новые факты, новые наблюдения, новые теоретические изыскания. И они пришли.

В начале 30-х годов экспериментальная физика ознаменовалась рядом выдающихся достижений. Были открыты неведомые дотоле нейтрон и антипод электрона — позитрон: частица, во всем подобная электрону, но несущая положительный электрический заряд. В природе удалось обнаружить уже знакомый нам тяжелый водород с ядром—дейтоном, состоящим из протона и нейтрона. Нашлись и другие изотопы легких элементов. Наконец, физики научились весьма точно изучать на опыте и вычислять вероятности всевозможных ядерных реакций.

К концу 30-х годов обильный поток новых фактов был систематизирован, обобщен, приведен в соответствие с теорией. И тогда создались условия для обоснованных суждений о внутрисолнечных ядерных процессах, рождающих великое могущество светила. Каковы же они?

Бывают иной раз счастливые вагонные знакомства. Но, оказывается, в тесных купе порой делаются и выдающиеся научные открытия.

Среди ученых, раскрывших давнюю загадку Солнца, в первую очередь называют американского физика, немецкого эмигранта Ганса Бете. Основы своей теории он разработал в 1938 году, причем, по слухам, сидя в железнодорожном вагоне, во время не слишком длительной поездки. Рассказывают, что в разговоре с кем-то из соседей по купе ученый пришел к мысли о том, что надо прикинуть возможные солнечные реакции. Он тут же, между завтраком и обедом, набросал их на листе бумаги и... попал почти в самую точку! (Мы говорим «почти», потому что впоследствии одна из предложенных Бете систем реакций была несколько изменена.)